(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に沿って配置され、それぞれが径方向に延びる複数のスロットを有するステータコアと、
予め定めたスロット間隔を単位コイル間隔として、単位コイル間隔でコイル素線を巻回して形成されるコイルを単位コイルとして、ステータコアの周方向に予め定めた配置順序で単位コイルを２ｎ個配置して形成される分布巻各相巻線と、
を含み、
分布巻各相巻線は、
巻き始めの単位コイルを１番コイルとし、巻き終わりの単位コイルを２ｎ番コイルとして、１番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのいずれも、２ｎ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのいずれもと、互いに異なり、１番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうち１つが、ｎ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうち１つと同じであり、（ｎ＋１）番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうち１つが、２ｎ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうち１つと同じであることを特徴とする回転電機固定子。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機固定子において、
分布巻各相巻線は、
ｉ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうちの他方側が、（ｉ＋１）番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうちの一方側と同じであることを特徴とする回転電機固定子。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機固定子において、
分布巻各相コイルは、
コイル素線として、１本の導体素線の両端を曲げて、単位コイル間隔と同じ間隔で配置されるようにしたセグメントコイルを複数個用い、単位コイル間隔で配置される２つのスロットの径方向に沿って整列して各セグメントコイルの両端のそれぞれを挿入し、１つのセグメントコイルの一方側の先端部と、これに隣接する他のセグメントコイルの他方側の先端部について、ステータコアから突き出た部分をステータコアの周方向に沿ってさらに相対的に折り曲げて相互の先端部を突きあわせて接続し、これを相互に隣接する複数のセグメントコイルについて順次繰り返して、複数巻の単位コイルを形成するセグメントコイル型各相コイルであり、
同じスロットに挿入される複数のセグメントコイルについて、ｉ番コイルのセグメントコイルと（ｉ＋１）番コイルのセグメントコイルは、そのスロットの径方向に沿って交互に配置されることを特徴とする回転電機固定子。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機固定子において、
同じスロットに挿入されるｉ番コイルのセグメントコイルとこれに隣接する（ｉ＋１）番コイルのセグメントコイルは、そのスロット内において、相互に押し付ける方向となる付勢力を発生する曲率をそれぞれ有することを特徴とする回転電機固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機固定子に係り、特に分布巻各相巻線を含む回転電機固定子に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の固定子にはスロットと呼ばれる径方向に延びる巻線用溝が周方向に複数設けられ、そこに導体線が巻回されてコイル巻線となる。固定子にコイルを巻く方法として、隣接するスロットを挟むティース１つに導体線を巻回して１つのコイル巻線とする集中巻と、予め定めたスロット数をまたいで離間するスロットの間に導体線を巻回してこれを1つのコイル巻線とする分布巻が行われる。分布巻の場合は、固定子の複数のスロットの間を予め定めた順序で導体線が巻回されるので、複数のコイル巻線が重なり合うことや、同じスロットに異なるコイル巻線が配置されること等が生じるので、様々な工夫が行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、コイルに矩形導体を用いる分布巻き固定子として、例えば９本のコイル素線を３×３で組み合わせて１つのフォームドコイルを成形し、これが固定子の７つのスロットに渡って挿入される場合で説明すると、頭頂部と端末部側頭頂部をコイル素線の沿層方向の面でクランク形状に曲げる構成が開示されている。ここで、頭頂部をフォームドコイルの３本のコイル素線分の幅方向寸法Ｂ１だけずれるように、かつ隣接する固定子スロットの間隔Ｂ２の範囲内で、クランク形状に成形することで、各フォームドコイルを対応するスロットに順次挿入したときにお互いに当ることなく、各スロットに挿入できると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０４２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
分布巻の場合、予め定めたスロット間隔を単位コイル間隔として、単位コイル間隔でコイル素線を巻回して形成されるコイルを単位コイルと呼ぶことにすると、例えば、３相同期型回転電機においては、この単位コイルが複数個、固定子の周方向に沿って順次配置されて、各相巻線となることになる。従来技術では、各単位コイルの形状を対称形とし、また、固定子全体として各相巻線のそれぞれの電流の流れる方向が対称となるようにすることが行われる。このように、対称形を重視すると、各相巻線を構成する複数の単位コイルが固定子の周方向に沿って一巡したときに、その相巻線の巻き始めと巻き終わりが同じスロットに配置されることがある。
【０００６】
各相巻線の巻き始めと巻き終わりの間には、回転電機の駆動回路から、相内電位差が印加されることになる。高電圧高電力駆動の回転電機であると、各相内電位差も高電位差となるが、その高電位差を有する２つの導体線が同じスロットの中に配置されることが生じえることになる。例えば、Ｕ−Ｖ相間電位差を６００Ｖとして、各相コイルの間の結線をＹ結線とすると、Ｕ相と中性点との間の電位差である相内電位差は６００Ｖのおよそ２／３である４００Ｖである。このような高電位差が同じスロットにあることによって生じ得る短絡等を防止するためには、適当な絶縁処理等が必要となる。
【０００７】
また、分布巻の場合、単位コイルの配置順序によっては、１つの単位コイルと、次の単位コイルまでの間が、予め定めたスロット間隔とされることがある。この場合には、１つの単位コイルの巻き終わりの位置と、次の単位コイルの巻き始めの位置が固定子の周方向に沿ってかなり離間しているので、その間を渡り線と呼ばれる接続線で結ぶことが行われる。単位コイルの数が多くなると、渡り線の数も多くなり、したがってその分、固定子の巻線部分の体積が大きくなることになる。
【０００８】
また、単位コイルを形成するのに、連続する導体線を巻回するのに代えて、セグメントコイルと呼ばれるコイル素線を折り曲げ、これを同じスロットに複数個配置し、隣接する先端側同士を溶接等で接続することが行われる。この場合には、セグメントコイルは折り曲げ成形されるので、その折曲げがばらつくことで、溶接すべき先端部の位置決めが難しい。
【０００９】
本発明の目的は、同じスロットに配置される異なる単位コイルの間の電位差を抑制することを可能にする回転電機固定子を提供することである。他の目的は、渡り線を有しない回転電機固定子を提供することである。さらに他の目的は、複数のセグメントコイルを用いて単位コイルを形成する際に、隣接するセグメントコイルの先端部の位置決めを容易にする回転電機固定子を提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る回転電機固定子は、周方向に沿って配置され、それぞれが径方向に延びる複数のスロットを有するステータコアと、予め定めたスロット間隔を単位コイル間隔として、単位コイル間隔でコイル素線を巻回して形成されるコイルを単位コイルとして、ステータコアの周方向に予め定めた配置順序で単位コイルを２ｎ個配置して形成される分布巻各相巻線と、を含み、分布巻各相巻線は、１番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのいずれも、２ｎ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのいずれもと、互いに異なり、１番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうち１つが、ｎ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうち１つと同じであり、（ｎ＋１）番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうち１つが、２ｎ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうち１つと同じであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機固定子において、分布巻各相巻線は、ｉ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうちの他方側が、（ｉ＋１）番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうちの一方側と同じであることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る回転電機固定子において、分布巻各相コイルは、コイル素線として、１本の導体素線の両端を曲げて、単位コイル間隔と同じ間隔で配置されるようにしたセグメントコイルを複数個用い、単位コイル間隔で配置される２つのスロットの径方向に沿って整列して各セグメントコイルの両端のそれぞれを挿入し、１つのセグメントコイルの一方側の先端部と、これに隣接する他のセグメントコイルの他方側の先端部について、ステータコアから突き出た部分をステータコアの周方向に沿ってさらに相対的に折り曲げて相互の先端部を突きあわせて接続し、これを相互に隣接する複数のセグメントコイルについて順次繰り返して、複数巻の単位コイルを形成するセグメントコイル型各相コイルであり、同じスロットに挿入される複数のセグメントコイルについて、ｉ番コイルのセグメントコイルと（ｉ＋１）番コイルのセグメントコイルは、そのスロットの径方向に沿って交互に配置されることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る回転電機固定子において、同じスロットに挿入されるｉ番コイルのセグメントコイルとこれに隣接する（ｉ＋１）番コイルのセグメントコイルは、そのスロット内において、相互に押し付ける方向となる付勢力を発生する曲率をそれぞれ有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成により、回転電機固定子は、ステータコアの周方向に予め定めた配置順序で単位コイルを２ｎ個配置して分布巻各相巻線を形成する場合、分布巻各相巻線は、１番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのいずれも、２ｎ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのいずれもと、互いに異なるので、同じスロット内に配置される異なる単位コイルの間の電位差を、Ｕ相と中性点との間の電圧であるである相内電位差よりも小さくすることができる。
【００１６】
上記構成により、回転電機固定子は、１番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうち１つが、ｎ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうち１つと同じであり、（ｎ＋１）番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうち１つが、２ｎ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうち１つと同じである。このような単位コイルの配置順序とすることで、同じスロット内に配置される異なる単位コイルの間の電位差を、Ｕ相と中性点との間の電圧である相内電位差の約半分とすることができる。
【００１７】
また、回転電機固定子において、分布巻各相巻線は、ｉ番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうちの他方側が、（ｉ＋１）番コイルのコイル素線が挿入される２つのスロットのうちの一方側と同じである。これによって、１つの単位コイルが巻き終わると、そのスロットから次の単位コイルを巻き始めることができる。これにより、渡り線が不要となり、巻線部分の体積が小さい小型の回転電機が可能となる。
【００１８】
また、回転電機固定子において、分布巻各相コイルがセグメントコイルを複数個用いるセグメントコイル型各相コイルであり、同じスロットに挿入される複数のセグメントコイルについて、ｉ番コイルのセグメントコイルと（ｉ＋１）番コイルのセグメントコイルは、そのスロットの径方向に沿って交互に配置される。そして、同じスロットに挿入されるｉ番コイルのセグメントコイルとこれに隣接する（ｉ＋１）番コイルのセグメントコイルは、そのスロット内において、相互に押し付ける方向となる付勢力を発生する曲率をそれぞれ有する。これによって、同じスロット内において、異なる単位コイルがお互いに支えあうので、セグメントコイルの向かい合う先端部がお互いに押し付け合う方向となり、先端部の溶接等の接続のための位置決めが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子において、１相分の分布巻コイルが巻回された様子を説明する図である。
【図２】図１における１相分の分布巻コイルを抜き出して説明する図である。
【図３】図２における１相分の分布巻コイルを構成する１６個の単位コイルのうち、半分の８個の単位コイルまで巻回された様子を説明する図である。
【図４】図３の８個の単位コイルが巻回された様子を説明する図である。
【図５】図４に引き続いて、次の８個の単位コイルを巻回する様子を説明する図である。ここでは、図４で巻回された単位コイルの図示を省略した。
【図６】図２の１相分の分布巻コイルの巻回順序を説明する模式図である。
【図７】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子において、同じスロット内に配置される異なる単位コイルの間の電圧差を説明する図である。
【図８】比較のために、従来技術における１相分の分布巻コイルを抜き出して説明する図である。
【図９】従来技術の図８における１相分の分布巻コイルを構成する１６個の単位コイルのうち、半分の８個の単位コイルまで巻回された様子を説明する図である。
【図１０】従来技術の８個の単位コイルが巻回された様子を説明する図である。
【図１１】従来技術の図８の１相分の分布巻コイルの巻回順序を説明する模式図である。
【図１２】従来技術の回転電機固定子において、同じスロット内に配置される異なる単位コイルの間の電位差を説明する図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子において、セグメントコイルを用いて単位コイルを形成する様子を説明する図で、ここでは、セグメントコイルがスロットに挿入される様子が示されている。
【図１４】図１３に引き続いて、各セグメントコイルが折り曲げ、曲率が与えられて先端部が溶接され、各単位コイルが形成される様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機固定子として、３相同期型回転電機を説明するが、分布巻コイルを含む固定子であればよく、３相に限らない。また、以下では、固定子が４８スロットを有し、各相巻線がそぞれ１６の単位コイルで構成されるものとして説明するが、各相巻線を構成する単位コイルの数はこれ以外でもよく、それに応じたスロット数としてもよい。また、以下では、各単位コイルは、５つのセグメントコイルで構成されるものとして説明するが、勿論これは例示であって、これ以外のセグメントコイル数であっても構わない。
【００２１】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２２】
図１は、回転電機固定子１０の様子を説明する斜視図である。この回転電機固定子１０は、車両搭載用の３相回転電機に用いられる固定子で、この回転電機固定子１０は、円環状の電磁鋼板を複数枚積層したステータコア１２と、ステータコア１２に巻回される３相巻線とで構成される。図１では、３相巻線のうちの１相分であるＵ相巻線２０が配置される様子が示されている。スロット１４は、ステータコア１２の円環状の内周側に開口し、径方向に延び、周方向に複数個配置される溝で、ここに分布巻形式で各相巻線が配置される。図１では、スロット１４がステータコア１２の周方向に４８個配置され、そのうちの１６個にＵ相巻線２０が配置されている。
【００２３】
図２は、回転電機固定子１０に配置されるＵ相巻線２０を抜き出して示す図である。Ｕ相巻線２０は、導体線であるコイル素線をほぼ６角形に巻回された単位コイル２１が１６個組み合わされて構成される。図２でＣ１からＣ１６と示してあるのは、１６個の単位コイル２１を区別するためのコイル番号で、Ｕ相巻線２０の巻き始めが１番コイルである単位コイルＣ１で、巻き終わりが１６番コイルである単位コイルＣ１６である。
【００２４】
図２から分かるように、単位コイルＣ１のすぐ隣に単位コイルＣ２が配置され、以下、Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５・・・Ｃ１４，Ｃ１５と順次隣り合わせに配置され、円周方向に２周して、単位コイルＣ１６となる。したがって、単位コイルＣ１と単位コイルＣ９とは１スロット分ずれているが一部重なり合い、同様に、コイル番号をｉとして、ｉ番コイルと（ｉ＋８）番コイルとは、１スロット分ずれているが一部重なり合うように配置される。
【００２５】
図３は、Ｕ相巻線２０の２周する配置のうち、１周目の８個の単位コイルの部分である前半部分２２として、単位コイルＣ１からＣ８の巻回された様子を抜き出した図である。ここで示されるように、各単位コイル２１は、コイル素線を同じ形状に５回巻回されて構成される。
【００２６】
図４と図５は、図３の前半部分２２と、その後に続く後半部分２４について、単位コイル２１のそれぞれが配置される順序を説明する模式図である。ここでは、ステータコア１２の平面図とその外側に各単位コイル２１の間の接続の様子が模式的に示されている。なお、ステータコア１２の４８個のスロット１４について、説明に必要な範囲でこれらを区別するためのスロット番号が付されている。図４、図５のステータコア１２に付されているスロット番号は、記載するスペースが少ないため、単に数字の１から４８のみが示されているが、以下では、スロット番号をＳ１からＳ４８とＳの記号を付して説明する。なお、以下で説明するスロット番号の付し方は一例であって、勿論、他の付し方であっても構わない。なお、以下では、スロット１４の符号１４は、スロット番号と混同されることを避けるため、その表示を適宜省略した。同様に単位コイル２１の符号２１は、単位コイル番号と混同されることをさけるため、その表示を適宜省略した。
【００２７】
分布巻の場合、予め定めたスロット間隔をまたいでコイル素線２３が配置される。この予め定めたスロット間隔は、単位コイル２１の６角形の外形を規定することになるので、これを単位コイル間隔２６と呼ぶことにする。図４、図５の例では、単位コイル間隔２６は、６スロット間隔となっている。すなわち、コイル素線２３が単位コイル間隔２６である６スロット間隔分だけまたいで、５回巻回されることで、１つの単位コイル２１が形成される。
【００２８】
単位コイルＣ１は、Ｕ相巻線２０の巻き始めの単位コイルである。Ｕ相巻線２０の巻き始めは、回転電機の動力線に接続されるので、図４では、ＩＮ（動力線）として、Ｕ相巻線２０の巻き始めを示してある。巻き始めの単位コイルＣ１は、スロットＳ４とスロットＳ１０との間に渡ってコイル素線２３が５回巻回される。図４のＩＮ（動力線）に接続される巻き始めは、スロットＳ４のステータコア１２の外周側である。図４の紙面の表側をステータコア１２の表側、図４の紙面の裏側をステータコア１２の裏側とすると、コイル素線２３は、単位コイルＣ１の巻き始めのＩＮとして示されるスロットＳ４の位置からステータコア１２の裏側に下がり、ステータコア１２の裏側において、スロットＳ４からスロットＳ１０に単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００２９】
そして、スロットＳ１０でステータコア１２の裏側から表側に上がり、ステータコア１２の表側において、スロットＳ１０からスロットＳ４に単位コイル間隔２６だけ渡る。スロットＳ４では、再び、ステータコア１２の表側から裏側に下がる。そして、ステータコア１２の裏側において、先ほどのスロットＳ４からスロットＳ１０に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の内周側に位置をずらして、スロットＳ４からスロットＳ１０へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００３０】
スロットＳ１０では、再び、ステータコア１２の裏側から表側に上がる。そして、ステータコア１２の表側において、先ほどのスロットＳ１０からスロットＳ４に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の内周側に位置をずらして、スロットＳ１０からスロットＳ４へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００３１】
これを繰り返して、コイル素線２３をスロットＳ４とスロットＳ１０の間で５回巻回して、単位コイルＣ１の形成は終るが、その単位コイルＣ１の巻き終わりは、ステータコア１２の最内周側で、裏側である。そして、コイル素線２３は、ステータコア１２の最内周側をスロットＳ４からスロットＳ１０へ単位コイル間隔だけ渡り、スロットＳ１０を上がり、ステータコア１２の表側に出て単位コイルＣ２の巻き始めとなる。このようにして、単位コイルＣ１と単位コイルＣ２とが隣接して接続される。なお、図４では、単位コイル間の接続が分かりやすいように、コイル巻線２３の巻き方の方向を丸印の中に黒点マークとＸマークとで示してある。黒点マークは、コイル巻線２３がステータコア１２の表側から裏側へ出る場合、Ｘマークは、コイル巻線２３がステータコア１２の裏側から表側へ出る場合をそれぞれ示す。
【００３２】
単位コイルＣ２は、この巻き始めからステータコア１２の表側において、スロットＳ１０からスロットＳ１６に単位コイル間隔２６だけ渡る。このように単位コイルＣ１から単位コイルＣ２に移るときに一旦ステータコア１２の表側に出るのは、後述するように単位コイル２１が複数のセグメントコイルをコイル素線２３として用い、隣接するセグメントコイルの接続をステータコア１２の表側において行うものとするからである。
【００３３】
単位コイルＣ２においてスロットＳ１６に渡った後は、スロットＳ１６でステータコア１２の表側から裏側に下がり、ステータコア１２の裏側において、スロットＳ１６からスロットＳ１０に単位コイル間隔２６だけ渡る。スロットＳ１０では、再び、ステータコア１２の裏側から表側に上がる。そして、ステータコア１２の表側において、先ほどのスロットＳ１０からスロットＳ１６に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の外周側に位置をずらして、スロットＳ１０からスロットＳ１６へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００３４】
スロットＳ１６では、再び、ステータコア１２の表側から裏側に下がる。そして、ステータコア１２の裏側において、先ほどのスロットＳ１６からスロットＳ１０に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の外周側に位置をずらして、スロットＳ１６からスロットＳ１０へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００３５】
これを繰り返して、コイル素線２３をスロットＳ１０とスロットＳ１６の間で５回巻回して、単位コイルＣ２の形成は終るが、その単位コイルＣ２の巻き終わりは、スロットＳ１６において、ステータコア１２の最外周側で、裏側である。そして、コイル素線２３は、ステータコア１２の最外周側をスロットＳ１６からスロットＳ２２へ単位コイル間隔だけ渡り、スロットＳ２２を上がり、ステータコア１２の表側に出て単位コイルＣ３の巻き始めとなる。このようにして、単位コイルＣ２と単位コイルＣ３とが隣接して接続される。
【００３６】
このように、単位コイルＣ１はステータコア１２の外周側から内周側に向かってコイル素線２３を５回巻回し、単位コイルＣ１と単位コイルＣ２の接続は、ステータコア１２の最内周側の裏側でコイル素線２３をスロットＳ４からスロットＳ１０に渡ることで行われる。そして、単位コイルＣ２はステータコア１２の内周側から外周側に向かってコイル素線２３を５回巻回し、単位コイルＣ２と単位コイルＣ３の接続は、ステータコア１２の最外周側の裏側でコイル素線２３をスロットＳ１６からスロットＳ２２に渡ることで行われる。
【００３７】
以後、同様な巻回を単位コイルＣ３から単位コイルＣ８まで繰り返すと、単位コイルＣ８の巻き終わりがステータコア１２の最外周側でスロットＳ４６から表側に出たところとなって、図４で示すようにＵ相巻線２０の前半部分２２が終了する。
【００３８】
図５は、Ｕ相巻線２０の後半部分２４の巻回の順序を示す図である。ここでは、図４で説明した単位コイルＣ８の巻き終わりが単位コイルＣ９の巻き始めとなる。
【００３９】
単位コイルＣ９は、単位コイルＣ１から１スロット分ずれて、スロットＳ３とスロットＳ９との間に渡ってコイル素線２３が５回巻回される。上記のように、単位コイルＣ８の巻き終わりがステータコア１２の最外周側でスロットＳ４６から表側に出たところであるので、そこからスロットＳ３でステータコア１２の表側から裏側に下がるとことから、単位コイルＣ９が始まる。そして、ステータコア１２の裏側において、スロットＳ３からスロットＳ９に単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００４０】
そして、スロットＳ９でステータコア１２の裏側から表側に上がり、ステータコア１２の表側において、スロットＳ９からスロットＳ３に単位コイル間隔２６だけ渡る。スロットＳ３では、再び、ステータコア１２の表側から裏側に下がる。そして、ステータコア１２の裏側において、先ほどのスロットＳ３からスロットＳ９に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の内周側に位置をずらして、スロットＳ３からスロットＳ９へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００４１】
スロットＳ９では、再び、ステータコア１２の裏側から表側に上がる。そして、ステータコア１２の表側において、先ほどのスロットＳ９からスロットＳ３に渡ったコイル素線２３と重ならないように、ステータコア１２の内周側に位置をずらして、スロットＳ９からスロットＳ３へ、単位コイル間隔２６だけ渡る。
【００４２】
これを繰り返して、コイル素線２３についてスロットＳ３とスロットＳ９の間で５回巻回して、単位コイルＣ９の形成は終るが、その単位コイルＣ９の巻き終わりは、ステータコア１２の最内周側で、裏側である。そして、コイル素線２３は、ステータコア１２の最内周側をスロットＳ３からスロットＳ９へ単位コイル間隔だけ渡り、スロットＳ９を上がり、ステータコア１２の表側に出て単位コイルＣ１０の巻き始めとなる。このようにして、単位コイルＣ９と単位コイルＣ１０とが隣接して接続される。
【００４３】
以後、図４で説明したのと同様な手順を、１スロット分ずらして行い、同様な巻回を単位コイルＣ１０から単位コイルＣ１６まで繰り返すと、単位コイルＣ１６の巻き終わりがステータコア１２の最外周側でスロットＳ４５から表側に出たところとなる。これがＵ相巻線２０の巻き終わりで、回転電機の中性点に接続される。図５では、この単位コイルＣ１６の巻き終わりが、ＯＵＴ（中性点）として示されている。
【００４４】
図６は、図４、図５で説明した巻回順序の全体を模式的に説明する図である。ここでは、各単位コイルがどのスロットの間に渡って巻回されるかが示されている。ここで示されるように、単位コイルＣ１はスロットＳ４とスロットＳ１０の間に巻回され、単位コイルＣ２はスロットＳ１０とスロットＳ１６の間に巻回され、単位コイルＣ３はスロットＳ１６とスロットＳ２２の間に巻回され、単位コイルＣ４はスロットＳ２２とスロットＳ２８の間に巻回され、これを繰り返して、単位コイルＣ１５はスロットＳ３９とスロットＳ４５の間に巻回され、単位コイルＣ１６はスロットＳ４５とスロットＳ３の間に巻回される
。
【００４５】
したがって、コイル番号をｉとして、ｉ番コイルのコイル素線２３が挿入される２つのスロットのうちの他方側が、（ｉ＋１）番コイルのコイル素線２３が挿入される２つのスロットのうちの一方側と同じである。
【００４６】
ここで、Ｕ相巻線２０の巻き始めの単位コイルＣ１と巻き終わりの単位コイルＣ１６が挿入されるスロットに注目すると、単位コイルＣ１のコイル素線２３が挿入される２つのスロットは、Ｓ４とＳ１０であり、単位コイルＣ１６のコイル素線２３が挿入される２つのスロットは、Ｓ３とＳ９であり、いずれも互いに異なるスロットとなっている。
【００４７】
また、単位コイル２１の総数を２ｎとして、巻き始めの１番コイルのコイル素線２３が挿入される２つのスロットのうち１つが、ｎ番コイルのコイル素線２３が挿入される２つのスロットのうち１つと同じであり、（ｎ＋１）番コイルのコイル素線２３が挿入される２つのスロットのうち１つが、２ｎ番コイルのコイル素線２３が挿入される２つのスロットのうち１つと同じである。
【００４８】
上記では、２ｎ＝１６として、単位コイルＣ１のコイル素線２３が挿入される２つのスロットのうち１つであるスロットＳ４が、ｎ番コイルである単位コイルＣ８のコイル素線２３が挿入される２つのスロットのうち１つと同じであり、（ｎ＋１）番コイルである単位コイルＣ９のコイル素線２３が挿入される２つのスロットのうち１つであるスロットＳ３が、２ｎ番コイルである単位コイルＣ１６のコイル素線２３が挿入される２つのスロットのうち１つと同じである。
【００４９】
図７は、上記構成の作用を説明する図である。ここでは、３相回転電機の各相巻線がＹ結線された場合の様子が示されている。上記構成では、Ｕ相巻線２０の巻き始めである単位コイルＣ１と、巻き終わりである単位コイルＣ１６の間に図示されていない駆動回路からの相内電位差が印加される。例えば、Ｕ−Ｖ相間電位差が６００Ｖの高電圧高電力駆動の回転電機である場合、Ｕ相と中性点との間の電位差である相内電位差は４００Ｖとなるが、この４００Ｖが単位コイルＣ１と単位コイルＣ１６の間に印加されることになる。
【００５０】
上記のように、単位コイルＣ１についてみると、それが巻回されるのはスロットＳ４とスロットＳ１０である。スロットＳ４には単位コイルＣ１と共に単位コイルＣ８が配置される。スロットＳ１０には、単位コイルＣ１と単位コイルＣ２とが配置される。単位コイルＣ１と単位コイルＣ２とは隣合わせの単位コイルであるので、スロットＳ１０における２つの単位コイルの間の電位差は小さい。スロットＳ４に配置される単位コイルＣ１と単位コイルＣ８の間の電位差は、単位コイルＣ８がＵ相巻線２０の巻き始めと巻き終わりのほぼ中間であるので、相内電位差の約半分である。上記の例で約２００Ｖである。
【００５１】
また、単位コイルＣ１６についてみると、それが巻回されるのはスロットＳ４５とスロットＳ３である。スロットＳ３には単位コイルＣ１６と共に単位コイルＣ９が配置される。スロットＳ４５には、単位コイルＣ１６と単位コイルＣ１５とが配置される。単位コイルＣ１６と単位コイルＣ１５とは隣合わせの単位コイルであるので、スロットＳ４５における２つの単位コイルの間の電位差は小さい。スロットＳ３に配置される単位コイルＣ１６と単位コイルＣ９の間の電位差は、単位コイルＣ９がＵ相巻線２０の巻き始めと巻き終わりのほぼ中間であるので、相内電位差の約半分である。上記の例で約２００Ｖである。
【００５２】
このように、上記構成によれば、Ｕ相巻線２０が巻回される各スロットに配置される２つの異なる単位コイルの間の電位差は、最大で相内電位差の約半分に抑制される。
【００５３】
上記作用は、従来技術の分布巻の単位コイルの配置方法と比較することでさらに明確になる。図８から図１２は、従来技術の分布巻の様子を説明する図である。
【００５４】
図８は、図２に対応する図で、回転電機固定子１０に配置される従来技術によるＵ相巻線３０を抜き出して示す図である。図９は、図８におけるＵ相巻線３０の２周する配置のうち後半部分３４である２周目の８個の単位コイル２１を抜き出した図である。Ｕ相巻線３０は、ここでは特に符号を付していない前半部分３２と、この後半部分３４とで構成される。なお、ステータコア１２のスロット１４の総数、Ｕ相巻線３０を構成する単位コイル２１の総数を１６、各単位コイル２１を構成する巻回数をそれぞれ５回として、図２から図６で説明した構成と同じとしてある。
【００５５】
従来技術の分布巻では、Ｕ相巻線３０の前半部分３２と後半部分３４とで、電流の流れる方向を対称とするために、前半部分３２を構成する８個の単位コイル２１と後半部分３４を構成する８個の単位コイル２１が、互いに交互に配置され、また、巻き方向が互いに逆向きとされる。
【００５６】
そのために、例えば前半部分３２については、図８に示されるように、単位コイルＣ１と単位コイルＣ５とが互いに１スロット分ずらして配置され、同様に単位コイルＣ２と単位コイルＣ６とについても、単位コイルＣ３と単位コイルＣ７についても、単位コイルＣ４と単位コイルＣ８とについても、それぞれ互いに１スロット分ずらして配置される。また、図８に示されるように、単位コイル２１の番号の配置順序は、前半部分３２の単位コイルＣ１からＣ８までが紙面に向かって反時計方向に回るのに対し、後半部分３４の単位コイルＣ９からＣ１６までは、図９に示されるように時計方向に回る。これによって電流の流れる向きを対称としてある。
【００５７】
そして、図９の後半部分３４について述べると、単位コイルＣ９，Ｃ１３と単位コイルＣ１２，Ｃ１６との間は、前半部分の単位コイルＣ１，Ｃ５が配置されるように、単位コイル間隔２６だけ離間される。同様に、単位コイルＣ１２，Ｃ１６と単位コイルＣ１１，Ｃ１５との間、単位コイルＣ１１，Ｃ１５と単位コイルＣ１０，Ｃ１４との間、単位コイルＣ１０，Ｃ１４と単位コイルＣ９，Ｃ１３との間も単位コイル間隔２６だけ離間される。このように次の単位コイル２１との間が単位コイル間隔２６だけ離間されるために、その間が渡り線３６と呼ばれる接続線で接続される。
【００５８】
図９における各渡り線３６は、そのところに前半部分３２の単位コイル２１が配置されるので、その単位コイル２１の配置を避けて設けられる。また、前半部分３２にも同様に渡り線３６が設けられ、さらに、ここでは説明しないＶ相巻線、Ｗ相巻線においても同様に渡り線３６が設けられる。このように多数の渡り線３６が各単位コイル２１を避けて配置されるので、回転電機固定子１０の巻線部分の体積が大きくなる。これに対し、図２、図３の構成では渡り線が不要であるので、回転電機固定子１０の巻線部分の体積をより小さくでき、小型の回転電機固定子とすることができる。
【００５９】
図１０は、従来技術のＵ相巻線３０を構成する１６個の単位コイルが、ステータコア１２のどのスロットに巻回されるかの様子を説明する模式図である。この図は、ステータコア１２の平面図で、図４、図５と同様に、ステータコア１２のスロットには、スロット番号を示す数字のみが示されている。ステータコア１２の外側に、各単位コイルの巻回される様子がスロット番号と、そのスロットにおいて巻線が表側から裏側に下がって行くか、裏側から表側に上がって来るかが示されている。
【００６０】
例えば、単位コイルＣ１は、スロットＳ４とスロットＳ１０の間に巻回される。そして、スロットＳ４ではコイル素線２３がステータコアの表側から裏側に下がり、スロットＳ１０ではコイル素線２３がステータコアの裏側から表側に下がる。同様に、単位コイルＣ２は、スロットＳ４０とスロットＳ４６の間に巻回される。そして、スロットＳ４０ではコイル素線２３がステータコアの表側から裏側に下がり、スロットＳ４６ではコイル素線２３がステータコアの裏側から表側に下がる。ここで、単位コイルＣ１と単位コイルＣ２との間は渡り線３６で接続されるのであるが、図１０では渡り線３６は図示を省略してある。以下、他の単位コイルについても同様な表記法で巻回の様子が示されている。
【００６１】
図１０に示されるように、単位コイルＣ１は、単位コイルＣ１３と単位コイルＣ１６の間に配置される。すなわち、単位コイルＣ１のコイル素線２３が挿入される２つのスロットＳ４とＳ１０について、スロットＳ４には、単位コイルＣ１６のコイル素線２３も挿入され、スロットＳ１０には、単位コイルＣ１３のコイル素線２３も挿入される。
【００６２】
図１１は、図１０で説明した従来技術のＵ相巻線３０の巻回順序の全体を模式的に説明する図である。ここでは、図４と同様に、各単位コイルがどのスロットの間に渡って巻回されるかが示されている。ここで示されるように、ＩＮとして示される巻き始めの単位コイルＣ１は、スロットＳ１０とスロットＳ４の間に巻回され、単位コイルＣ２は、単位コイルＣ１から渡り線３６を用いて単位コイルＣ１６と単位コイルＣ１５の間に配置されるように、スロットＳ４６とスロットＳ４０の間に巻回される。単位コイルＣ３は、渡り線３６を用いて単位コイルＣ１５と単位コイルＣ１４の間に配置されるように、スロットＳ３４とスロットＳ２８の間に巻回される。
【００６３】
以下、図１１に示されるように、単位コイルＣ４から単位コイルＣ１６まで、渡り線３６を用いて、予め定められた配置順序で、順次巻回が行われる。単位コイルＣ１６は、単位コイルＣ１５から渡り線３６を用いて単位コイルＣ２と単位コイルＣ１の間に配置されるように、スロットＳ４６とスロットＳ４の間に巻回される。単位コイルＣ１６の最後が、巻き終わりで、ＯＵＴとして示される。
【００６４】
このように、従来技術の分布巻においては、Ｕ相巻線３０の巻き始めである単位コイルＣ１がスロットＳ１０とスロットＳ４の間に巻回され、巻き終わりである単位コイルＣ１６がスロットＳ４６とスロットＳ４との間に巻回される。つまり、スロットＳ４には、Ｕ相巻き始めの単位コイルＣ１と巻き終わりの単位コイルＣ１６が共に配置されることになる。
【００６５】
その様子を図７に対応する図１２に示す。図１２に示すように、スロットＳ４に配置される単位コイルＣ１と単位コイルＣ１６の間の電位差は、Ｕ相と中性点との間の電位差である相内電位差となる。このように、従来技術の分布巻の構成では、同じスロットに配置される異なる単位コイルの間の電位差が相内電位差と同じとなる。これに対し図２から図６で説明した構成では、図７で説明したように、同じスロットに配置される異なる単位コイルの間の電位差は最大で相内電位差の半分に抑制される。
【００６６】
次に、図４、図５の構成の各単位コイル２１におけるコイル素線２３の巻回について説明する。回転電機固定子１０において、スロットの数が少ない場合には、分布巻方式による各相巻線を、連続した導体線を用いて予め定めた配置順序で所定のスロットに順次巻回するものとしてもよい。しかし、スロットの数が多くなると、連続した導体線を所定のスロットに順次巻回することが困難になることが生じる。そのような場合には、コイル素線２３として、セグメントコイルが用いられる。
【００６７】
セグメントコイルとは、１本の導体素線の両端を曲げて、単位コイル間隔２６と同じ間隔で配置されるようにした部材である。セグメントコイルを用いて各相巻線を形成する様子を図１３、図１４を用いて説明する。図１３、図１４は、図４で説明した単位コイルＣ２の周辺についての回転電機固定子１０の上面図、断面図、上面図で示すＡ−Ａ線に沿った側面断面図である。ここでは、単位コイルＣ２が巻回されるスロットＳ１０とスロットＳ１６が示され、単位コイルＣ２の５回の巻回に対応して、５本のセグメントコイル５０がステータコア１２の内周側から外周側に向かって配置される様子が示されている。
【００６８】
図１３は、セグメントコイル５０として、１本の導体素線の両端を曲げて、単位コイル間隔２６と同じ間隔で配置されるようにＵ字形状とされたものを５本用い、単位コイル間隔２６で配置される２つのスロットの径方向に沿って整列させて、各セグメントコイル５０の両端のそれぞれを挿入した様子が示されている。すなわち、Ｕ字形状のセグメントコイル５０の両端がそれぞれスロットＳ１０とスロットＳ１６に挿入される。そして、５本のセグメントコイル５０は、スロットＳ１０とスロットＳ１６において、ステータコア１２の径方向に沿って整列配置される。
【００６９】
スロットＳ１０とスロットＳ１６は、単位コイルＣ２が巻回される２つのスロットで、その間隔は、単位コイル間隔２６である。そして、図４から図６で説明したように、スロットＳ１０には、単位コイルＣ２と単位コイルＣ１とが配置され、スロットＳ１６には、単位コイルＣ２と単位コイルＣ３とが配置される。
【００７０】
これに対応して、スロットＳ１０には、単位コイルＣ２のためのセグメントコイル５０の両端の一方側と、単位コイルＣ１のためのセグメントコイル５２の両端の他方側が配置される。その配置は、スロットＳ１０の径方向に沿って、セグメントコイル５０とセグメントコイル５２が交互になるように行われる。同様に、スロットＳ１６には、単位コイルＣ２のためのセグメントコイル５０の両端の他方側と、単位コイルＣ３のためのセグメントコイル５４の両端の一方側が配置される。この配置も、スロットＳ１６の径方向に沿って、セグメントコイル５０とセグメントコイル５２が交互になるように行われる。
【００７１】
なお、セグメントコイル５０，５２，５４のステータコア１２の径方向に沿った整列配置は、配置の繰り返し性を考えると、図１３に示されるように、ステータコア１２の内周外形線に平行な整列配置よりも、内周外形線に対しやや傾けた整列配置が取られる。
【００７２】
図１４は、５本のセグメントコイル５０を相互に接続して、連続した巻線として、５回巻回された１つの単位コイルＣ２を形成する様子を示す図である。ここでは、１つのセグメントコイル５０の一方側の先端部と、これに隣接する他のセグメントコイル５０の他方側の先端部について、ステータコア１２から突き出た部分をステータコア１２の周方向に沿ってさらに相対的に折り曲げて相互の先端部を突きあわせて接続される。
【００７３】
具体的には、図１４の上面図において、ステータコア１２の内周側から外周側に向かって、つまりスロットＳ１０，Ｓ１６が開口する側からスロットＳ１０，Ｓ１６が閉じている側に向かって、５本のセグメントコイル５０のそれぞれについて、その両端のうちの一方側、つまり、当初はスロットＳ１０に挿入されてステータコア１２の表側に突き出している一方側６２が、ステータコア１２の周方向に沿ってスロットＳ１６の側の方に折り曲げられる。また、その同じセグメントコイル５０の両端のうちの他方側、つまり、当初はスロットＳ１６に挿入されてステータコア１２の表側に突き出している他方側６４が、ステータコア１２の周方向に沿ってスロットＳ１０の側の方に折り曲げられる。
【００７４】
このようにして、５本のセグメントコイル５０の両端について、ステータコア１２から突き出た部分をステータコア１２の周方向に沿って相対的に折り曲げて、その折り曲げた一方側６２と他方側６４とを向かい合わせる。この状態では、各セグメントコイル５０は、それぞれがほぼ６角形の外形形状となって、互いに離間したままである。これを相互に接続して１つの５回巻回された単位コイルＣ２とするには、１つのセグメントコイル５０の一方側６２の先端部６６と、これに隣接するセグメントコイル５０の他方側６４の先端部６８とを向かい合わせて接続する必要がある。
【００７５】
各セグメントコイル５０は、スロットの中では単に径方向に順次配列されているだけであるから、１つのセグメントコイル５０とこれに隣接するセグメントコイル５０の間の配置関係はそのままでは定まらない。つまり、１つのセグメントコイル５０の一方側６２の先端部６６と、これに隣接するセグメントコイル５０の他方側６４の先端部６８との間の位置決めは、このままでは定まらない。
【００７６】
そこで、図１４に示されるように、各セグメントコイル５０のステータコア１２の周方向に沿って折り曲げた一方側６２については、さらにステータコア１２の径方向に沿って外周側に斜め曲げし、折り曲げたステータコア１２の周方向に沿って折り曲げた他方側６４については、さらにステータコア１２の径方向に沿って内周側に斜め曲げする。
【００７７】
斜め折り曲げの大きさは、図１４に示されるように、１つのセグメントコイル５０の一方側６２の先端部６６と、これに隣接するセグメントコイル５０の他方側６４の先端部６８とが、ちょうど向かい合って重ね合わされるようにする。具体的には、先端部６６と先端部６８が互いに接触するようにする。この先端部６６と先端部６８が向かい合って重ね合わされる位置が、隣接するセグメントコイル５０の間の接続位置になる。接続位置は、図１４に示されるように、スロットＳ１０とスロットＳ１６の中間位置で、ステータコア１２の径方向に沿って５つ形成される。そして、斜め折り曲げの大きさは、この５つの接続位置の間の間隔が同じになるように設定される。
【００７８】
例えば、スロットの径方向に沿った溝深さをＬとすると、５本のセグメントコイル５０を均等間隔で配置するには、その間隔はＬ／５を目標とすることができる。したがって、斜め折り曲げの大きさは、Ｌ／１０を基準として、セグメントコイル５０の厚さを考慮して補正した値に設定することができる。このように斜め折り曲げすることで、各セグメントコイル５０の両端の先端部６６，６８を当初位置からオフセットさせ、各接続位置の間隔７０を広く確保することができる。
【００７９】
各接続位置は、溶接手段等の適当な接続手段において接続が行われる。これによって、５本のセグメントコイル５０において隣接するセグメントコイル５０が互いに順次接続され、全体として連続して５回巻回された単位コイルＣ２が形成される。
【００８０】
上記のように、スロットＳ１０には、単位コイルＣ１の５本のセグメントコイル５２の両端のうちの他方側と、単位コイルＣ２の５本のセグメントコイル５０の両端のうちの一方端とが配置される。また、スロットＳ１６には、単位コイルＣ２の５本のセグメントコイル５０の両端のうちの他方側と、単位コイルＣ３の５本のセグメントコイル５４の両端のうちの一方端とが配置される。ここで、図１４のＡ−Ａ線に沿った断面側面図に示されるように、  同じスロットに挿入されるｉ番コイルのセグメントコイルとこれに隣接する（ｉ＋１）番コイルのセグメントコイルは、そのスロット内において、相互に押し付ける方向となる付勢力を発生する曲率をそれぞれ有する。
【００８１】
図１４のスロットＳ１６について説明すると、単位コイルＣ２を構成するセグメントコイル５０は、スロットＳ１３内において、ステータコア１２の外周側に向かって膨らむ曲率を有する曲げ形状７２を有する。また、単位コイルＣ３を構成するセグメントコイル５４は、スロットＳ１３内において、ステータコア１２の内周側に向かって膨らむ曲率を有する曲げ形状７４を有する。
【００８２】
曲率の大きさは、曲げ形状７２と曲げ形状７４が付勢力を発生する程度に接触状態となるように設定される。これによって、同じスロット内において、異なる単位コイル２１がお互いに支えあうので、セグメントコイルの向かい合う先端部がお互いに押し付け合う方向となり、先端部の溶接のための位置決めが容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係る回転電機固定子は、布巻各相巻線を含む回転電機固定子に利用できる。
【符号の説明】
【００８４】
１０  回転電機固定子、１２  ステータコア、１４  スロット、２０，３０  Ｕ相巻線、２１  単位コイル、２２，３２  前半部分、２３  コイル素線、２４，３４  後半部分、２６  単位コイル間隔、３６  渡り線、５０，５２，５４  セグメントコイル、５９，６６，６８  先端部、６２，６９  一方側、６４  他方側、７０  接続位置の間隔、７２，７４  曲げ形状。
【図１】
0005691266.tif 000002
【図２】
0005691266.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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